四水轉(zhuǎn)化、水資源與水土資源平衡

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水資源是區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐和保證條件。水土資源平衡分析在區(qū)域水資源配置的分析中具有十分重要的作用，而區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化問題的研究是水土資源平衡分析的科學(xué)基礎(chǔ)和依據(jù)。區(qū)域的四水指的是大氣水——降水與蒸發(fā)、地表水、土壤水和地下水。一個區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化關(guān)系可概化如圖1所示。

圖1　區(qū)域四水轉(zhuǎn)化概念圖

進(jìn)行區(qū)域四水轉(zhuǎn)化與水土資源平衡分析時，可將區(qū)域劃分為農(nóng)業(yè)灌溉（灌溉的耕地、草地、林地）、城鄉(xiāng)生活、工業(yè)用水、環(huán)境用水（主要為河湖塘庫的用水）及自然生態(tài)等用水耗水單元。

如圖1所示，地表水來源于從區(qū)外引用的地表徑流WSA和由區(qū)域當(dāng)?shù)亟邓甈產(chǎn)生的地表徑流。地表水在輸水過程中有水量損失，即部分水量轉(zhuǎn)化為大氣水（蒸發(fā)）、土壤水和地下水。引用的地表水灌溉農(nóng)田，轉(zhuǎn)化為土壤水和地下水。土壤水來源于降水與灌溉水（地表水一渠灌、地下水一井灌）的入滲、在地下水埋深較小的情況下還有潛水蒸發(fā)對土壤水的補(bǔ)給。土壤水除部分下滲補(bǔ)給地下水外，通過地表蒸發(fā)與植物（作物）蒸騰轉(zhuǎn)化為大氣水而消耗掉。地下水來源于地表水的入滲補(bǔ)給、降水的入滲補(bǔ)給和區(qū)域外的側(cè)滲WGA。地下水通過井灌與潛水蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為土壤水，通過農(nóng)田排水轉(zhuǎn)化為地表水，部分地下水WGB通過側(cè)滲排出區(qū)外。區(qū)域排出區(qū)外的水量WSB的組成較為復(fù)雜，有地表水輸水過程中的退水（含當(dāng)?shù)亟邓疅o法攔蓄的地表徑流）、農(nóng)田的排水、城鄉(xiāng)生活與工業(yè)的排水等。區(qū)域的水量最終消耗于蒸發(fā)蒸騰、即ET。

以年為單位、不考慮地下水的超采，忽略土壤水與地下水儲水量的變化，區(qū)域年消耗的總水量ET為：

ET＝P＋（WSA－WSB）＋（WGA－WCB）（1）

式中（WSA－WSB）可稱為區(qū)域的地表水的引排差，（WGA－WGB）可稱為地下水的側(cè)滲差。

2 區(qū)域的水資源量、水資源可利用量

2.1 水資源量

2.1.1 區(qū)域的水資源量

區(qū)域的地表水資源REWS包括從區(qū)外取用的地表水水量WSA與當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的地表徑流PWS，即：

REWS＝WSA＋PWS （2）

區(qū)域的地下水資源即地下水的總補(bǔ)給量REWG的組成有：區(qū)域外的側(cè)滲WGA、當(dāng)?shù)氐慕邓霛B補(bǔ)給PWG、河道（穿行于本區(qū)域的外流河道）的入滲補(bǔ)給RWG、區(qū)內(nèi)的地表水（渠系、田間、湖庫等）的入滲補(bǔ)給IWG等。地下水的總補(bǔ)給量為：

REWG＝WGA＋PWG＋RWG＋I(xiàn)WG （3）

區(qū)域內(nèi)的地表水的入滲補(bǔ)給量IWG來源于地表水（WSA＋PWS），與地表水資源的計算相重復(fù)，可稱為“重復(fù)補(bǔ)給量”，相應(yīng)的補(bǔ)給量（WGA＋PWG＋RWG）可稱為“天然補(bǔ)給量”。因此，區(qū)域的水資源總量REW為：

REW＝（WSA＋PWS）＋（WGA＋PWG＋RWG）（4）

以寧夏青銅峽灌區(qū)為例，現(xiàn)狀年平均引黃水量為66.4億m3，當(dāng)?shù)亟邓a(chǎn)生的地表徑流1.25億m3，當(dāng)?shù)亟邓娜霛B補(bǔ)給與山前（區(qū)外）的側(cè)滲補(bǔ)給地下水量0.99億m3，故該灌區(qū)現(xiàn)狀水資源總量為68.64億m3。

1.1.2 降水水資源與土壤水資源的討論

以上關(guān)于水資源的定義與計算是目前水資源規(guī)劃與利用中廣泛應(yīng)用的。地表水與地下水均來源于降水，因而也有將降水P定義為水資源的。此時區(qū)域的水資源總量為：

REW＝WSA＋P＋WGA＋RWG （5）

區(qū)域內(nèi)的降水量P，除形成地表徑流PWS與入滲補(bǔ)給地下水PWG外，其余均為直接消耗量PET。直接消耗量中，很少的一部分采用集雨技術(shù)與工程可以作為水源調(diào)蓄利用，大部分不能作為水源進(jìn)行調(diào)蓄和分配使用。增加降水的有效利用是十分重要和必要的，不過農(nóng)田與自然植被的雨水利用量的增加，其地表徑流與地下水的補(bǔ)給量相應(yīng)地將減少。從資源的可調(diào)度及配置而言，作者認(rèn)為將降水作為水資源意義不大。

在討論水資源問題時，也有提出將土壤水作為水資源的。土壤類似水庫可以對降水及灌溉水進(jìn)行調(diào)蓄，但本身并不產(chǎn)生水量。有的提出將降水在土壤中的利用量作為土壤水資源量，其值即農(nóng)田的蒸發(fā)蒸騰量PET，若同時計入降水的地表徑流和入滲補(bǔ)給地下水量，總和即是降水量，這和定義降水為水資源沒有差別。

因此，是否定義降水、土壤水為水資源尚需進(jìn)一步研究討論。

2.2 水資源可利用量

區(qū)域的水資源可利用量是區(qū)域可消耗的資源量。由式（4）表示的區(qū)域水資源總量并不是區(qū)域的水資源可利用量。由于與區(qū)域外相聯(lián)系的流域的水資源配置、或由于本區(qū)域生態(tài)環(huán)境的要求，要有一定的水量WSB排出區(qū)外；地下水的側(cè)滲排出量WGB一般也不可避免。因此，區(qū)域的水資源可利用量較水資源總量為少。若不計降水的直接消耗，區(qū)域的水資源可利用量REWU為：

REWU＝REW－（WSB＋WGB） （6）

以青銅峽灌區(qū)為例，現(xiàn)狀排入黃河的水量（WSB＋WGB）為41億m3（引排差25.4億m3），現(xiàn)狀的水資源可利用量為27.64億m3。

3 區(qū)域的可供水量

區(qū)域的可供水量是水源工程可為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供的水量?？晒┧繎?yīng)根據(jù)水源工程的來水工程、取水能力與用水工程綜合確定。區(qū)域的地表水可供水量SWS有區(qū)域外水源工程的可供水量SWS0和區(qū)域內(nèi)的水源工程的可供水量SWSI。

SWS＝SWS0＋SWSI （7）

在前述的水資源量與水資源可利用量中，區(qū)域外的水量WSA已考慮了供水因素，因而區(qū)域外的可供水量SWS0即WSA。區(qū)域內(nèi)的可供水量SWSI取決于對區(qū)域內(nèi)地表徑流的調(diào)蓄與引水能力，在干旱半干旱地區(qū)、當(dāng)?shù)氐牡乇韽搅髁可偾叶酁檠雌诘募挟a(chǎn)流，多數(shù)情況下難以利用。

區(qū)域的地下水可供水量SWG是地下水水源工程能提供的水量（按井口計量），或稱為地下水的可開采量。一般情況下由于受開采條件、水質(zhì)等因素的限制，可開采量較地下水的總補(bǔ)給量REWG為小，常用可開采系數(shù)Kg表示：

SWG＝KgREWG（8）

與水資源可利用量不同，水資源的重復(fù)量是可供水量的組成部分，區(qū)域的可供水量一般較水資源可利用量為大。在干旱半干旱地區(qū)，地表水的入滲補(bǔ)給量在地下水的總補(bǔ)給量中占有極大的比例，地下水的總補(bǔ)給量和可開采量與地表水的可供水量（或地表水的資源量）有關(guān)。

以青銅峽灌區(qū)為例，地下水的補(bǔ)給量與地下水的可開采量與灌區(qū)的引黃量的關(guān)系初步分析的結(jié)果如圖2。

由以上所述，區(qū)域的可供水量SW可表示為：

SW＝SWS＋KgREWG （9）

圖2 青銅峽灌區(qū)地下水總補(bǔ)給量可開采量與引黃量的關(guān)系

4 區(qū)域的水土資源平衡分析

根據(jù)上述區(qū)域的四水轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)與水資源配置規(guī)劃的要求，本文提出區(qū)域的水土資源平衡要進(jìn)行三個水資源的平衡分析：即區(qū)域的水資源供需平衡；區(qū)域的引水—耗水—排水平衡；區(qū)域的耗水平衡。

4.1 區(qū)域水資源供需平衡

區(qū)域的水資源供需平衡是水資源利用規(guī)劃中常規(guī)進(jìn)行的平衡分析，其目標(biāo)是調(diào)整國民經(jīng)濟(jì)各部門用水的水資源供求關(guān)系。

4.2 區(qū)域的引水—耗水—排水平衡分析

此處的用水是指從區(qū)域外的引水量WSA，排水是指排出區(qū)外的水量WSB，耗水并不是區(qū)域的全部耗水、而是指引排差（WSA－WSB）。排水量小或引排差大，表明本區(qū)域耗用區(qū)域外（全流域）的水資源多。因此，區(qū)域的引水—耗水—排水的平衡分析的目標(biāo)是調(diào)整局部（區(qū)域）與整體（流域）的水資源配置關(guān)系。

4.3 區(qū)域的耗水平衡分析

在水資源供需平衡分析中，可供水量并不是區(qū)域的可消耗的水資源量，各部門的需水量也不是各部門實(shí)際消耗的水資源量。自然生態(tài)的用水不是由人工引水來供給的，在水資源的供需平衡中未能計入。因此，水資源的供需平衡分析并不是真正意義的水資源配置分析，補(bǔ)充進(jìn)行水資源的耗水平衡分析是必要的。

區(qū)域的水資源耗水平衡分析的目標(biāo)是調(diào)整區(qū)域內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)各部門之間、國民經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)之間的耗水或資源配置的關(guān)系。

關(guān)于區(qū)域水土資源平衡的水資源三個平衡分析、將另文進(jìn)行討論。